JP2017110279A - 過酸化水素生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い濃度の過酸化水素水を生成することができない。【解決手段】過酸化水素生成装置は、電解槽と、一対の電極と、循環配管と、を備える。電解槽は、電解液を収容する。一対の電極は、前記電解槽中に設けられ、前記電解液を電気分解する。循環配管は、前記電解槽と接続され、前記電解槽中で電気分解された前記電解液から生成された酸素を、前記電解槽へと流す。【選択図】図１
Description
実施形態は、過酸化水素生成装置に関する。
近年、新型インフルエンザの流行などにより対ウイルス対策や除菌対策への関心が高まっている。これらの除菌及び対ウイルス対策への要望に対して過酸化水素水をミスト状で噴霧して除菌することが行われている。また、浄水及び下水分野では、原水に過酸化水素を供給して、紫外線照射及びオゾン散気する事でＯＨラジカルを発生させ、ラジカルの強力な酸化作用で殺菌する技術が研究されており、廃水処理等の一部の分野で過酸化水素水が利用されている。
除菌に用いられる過酸化水素水の生成には、従来、数％濃度の過酸化水素水を希釈する方法が知られている。また、水中に一対の電極板を互いに対向するように立てて挿入して電解液である水に対して電気分解を行う電気分解法を用いた過酸化水素水の生成装置が知られている。
しかしながら、数％濃度の過酸化水素水を希釈する方法では薬剤を供給する手間がかかり、汎用的でない。また、電気分解法による過酸化水素水の生成装置は、過酸化水素の発生効率が低く、高濃度の過酸化水素水を生成することができない。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態の過酸化水素生成装置は、電解槽と、一対の電極と、循環配管と、を備える。電解槽は、電解液を収容する。一対の電極は、前記電解槽中に設けられ、前記電解液を電気分解する。循環配管は、前記電解槽と接続され、前記電解槽中で電気分解された前記電解液から生成された酸素を、前記電解槽へと流す。
以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。
実施形態による過酸化水素水は、電解槽で電解液を電気分解することによって発生した酸素を、電解槽の電解液に戻して、電解液の溶存酸素濃度を高めることにより、高濃度の過酸化水素水を生成する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態にかかる過酸化水素生成装置１０の全体構成図である。過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２と、電極１４と、電極１６と、貯留タンク１８と、原水ポンプ２０と、循環ポンプ２２と、バルブ２６、２８と、配管３０、３２、３４、３６、３８、４０とを備えている。配管３０、配管３４及び配管３８は、循環配管の一例である。
図１は、第１実施形態にかかる過酸化水素生成装置１０の全体構成図である。過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２と、電極１４と、電極１６と、貯留タンク１８と、原水ポンプ２０と、循環ポンプ２２と、バルブ２６、２８と、配管３０、３２、３４、３６、３８、４０とを備えている。配管３０、配管３４及び配管３８は、循環配管の一例である。
電解槽１２は、電気分解によって過酸化水素を生成するための電解液８０を収容する。電解液８０は、例えば、純水または塩水である。純水の一例は、水道水である。塩水の一例は、０．０５ｍｏｌ／Ｌの濃度の硫酸ナトリウム溶液である。
電極１４及び電極１６は、電解槽１２中に設けられている。より具体的には、電極１４及び電極１６は、電解槽１２に収容された電解液８０の中に設けられている。電極１４及び電極１６は、互いに一定の間隔をあけて、平行に配置されている。電極１４は、直流電源９０の負極と接続されている。従って、電極１４は、陰極として機能する。電極１６は、外部の直流電源９０の正極と接続されている。従って、電極１６は、陽極として機能する。電極１４及び電極１６は、直流電源９０と極性を反転可能に接続されている。即ち、電極１４が陽極となり、電極１６が陰極となることもある。電極１４及び電極１６は、直流電源９０によって電圧が印加されると、電解液８０を電気分解する。尚、電極１４及び電極１６の間の間隔は、特に限定されるものではないが、１０Ｖから２０Ｖの電圧が印加される場合、２ｍｍから１０ｍｍ程度にすることが好ましい。
電極１４及び電極１６は、互いに同じ形状及び同じ寸法の矩形状に構成されている。電極１４及び電極１６は、過酸化水素を十分に発生させることが可能な比表面積（または反応面積）を有することが好ましい。電極１４及び電極１６は、例えば、カーボンを含む。具体的には、電極１４及び電極１６は、高活性のカーボンブラック（例えば、Cabot社製VulcanXC-72）をテフロン（登録商標）分散剤に分散させてカーボンシート上に塗布、または、カーボンシート状にプレス、金属製集電体にプレスしてから焼結させる等の方法によって作成することが好ましい。電極１６は、例えば、白金板、ＳＵＳ板、不溶化電極（ＤＳＡ）等によって構成してもよい。
配管３０は、電解槽１２の上部と接続されている。配管３２は、排出配管の一例である。配管３２は、配管３０と、外部の収容部９２とに接続されている。これにより、配管３０及び配管３２は、電解槽１２の上部と外部の収容部９２とを接続する。配管３０及び配管３２は、電気分解された電解液８０の一部を過酸化水素水８８として、電解槽１２の上部から収容部９２へ排出する。
バルブ２６は、圧力調整部の一例である。バルブ２６は、配管３２の途中部に設けられている。ここで、バルブ２６は、電解液８０の循環圧力が大気圧以上となるように、排出される電解液８０（即ち、過酸化水素水８８）の圧力及び排出量を調整する。
配管３０及び配管３０に接続された配管３４は、電解槽１２の上部と、貯留タンク１８とに接続されている。これにより、配管３０及び配管３４は、電解槽１２と、貯留タンク１８とを接続する。配管３０及び配管３４は、電極１６及び電極１４によって電気分解された電解液８０から生成された酸素の気泡８４を含む電解液８０を、電解槽１２の上部から貯留タンク１８へ流す。
配管３６は、貯留タンク１８と、外部の電解液供給源９４とを接続する。原水ポンプ２０は、配管３６の途中部に設けられている。原水ポンプ２０は、配管３６を介して、電解液供給源９４から貯留タンク１８に電解液８０を供給する。
貯留タンク１８は、外部の電解液供給源９４から供給された電解液８０であって、電解槽１２へ供給する電解液８０を貯留する。また、貯留タンク１８は、配管３４と配管３８との間、即ち、循環配管の途中部に設けられている。貯留タンク１８は、配管３０及び配管３０を介して、電解槽１２から送られた酸素の気泡８４を含む電解液８０を貯留する。
配管３８は、貯留タンク１８と電解槽１２の下部とを接続する。配管３８は、貯留タンク１８の電解液８０を電解槽１２の下部へと供給する。また、配管３８は、配管３０及び配管３４によって電解槽１２から貯留タンク１８に送られた、酸素の気泡８４を含む電解液８０を、電解槽１２へと流す。即ち、配管３０、配管３４及び配管３８は、電解槽１２と接続され、電解槽１２中で電気分解された電解液８０から生成された酸素を、電解槽１２へと流す循環配管として機能する。
循環ポンプ２２は、循環部材及び供給部の一例であって、循環配管の一部である配管３８の途中部に設けられている。循環ポンプ２２は、配管３８を流れる酸素を含む電解液８０を加圧して、電解槽１２へと流す。循環ポンプ２２は、大気圧以上の圧力で、電解液８０を電解槽１２へ供給することが好ましい。
配管４０は、排気配管の一例であって、貯留タンク１８の上部と接続されている。バルブ２８は、配管４０の途中部に設けられている。配管４０は、電解槽１２の電極１６で発生した酸素の気泡８４が気液分離された気層８６の一部を、貯留タンク１８の上部から排出する。ここで、バルブ２８は、電解液８０の循環圧力を大気圧以上に維持するように、気層８６の排気量を調整する。
第１実施形態の過酸化水素生成装置１０の動作について説明する。
過酸化水素生成装置１０では、直流電源９０が電極１６及び電極１４に直流電圧を印加する。これにより、電極１４及び電極１６が、電解槽１２内の電解液８０を電気分解する。ここで、陰極として機能する電極１４及び陽極として機能する電極１６による電解液８０としての水の電気分解では、以下に示す反応が進行する。
（陰極） ４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋４ＯＨ− ・・・（第１反応）
（陽極） ２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ− ・・・（第２反応）
更に、電極１４側で発生したＯＨ−ラジカルによるＨ２Ｏの酸化により副次的に過酸化水素が生成される。
（陰極） ４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋４ＯＨ− ・・・（第１反応）
（陽極） ２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ− ・・・（第２反応）
更に、電極１４側で発生したＯＨ−ラジカルによるＨ２Ｏの酸化により副次的に過酸化水素が生成される。
ここで、電極１４側では、第１反応の左側に示す電解液８０の溶存酸素濃度が高いほど、化学平衡的に反応が右側に進む。電極１６側では、第２反応により酸素が生成されている。通常、電極１６の表面では、酸素濃度が過飽和となり、気泡８４として酸素が放出される。気泡８４の一部は、ゆっくりと電解液８０中に溶解するが、残りのほとんどの気泡８４は、配管３０及び配管３４を介して、電解槽１２から貯留タンク１８へと供給される。
ここで、大気（＝空気）に接触している電解液８０が電解槽１２に供給される場合、当該電解液８０の溶存酸素濃度は、大気平衡によって、空気の酸素分圧と同じ２０％程度となる。一方、本実施形態の過酸化水素生成装置１０は、電解液８０を気泡８４とともに、貯留タンク１８等を介して循環させて、電解槽１２に戻す。これにより、過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２内の電解液８０中の溶存酸素濃度を高くしている。
更に、過酸化水素生成装置１０は、電解液８０の循環経路の途中に貯留タンク１８を設けることにより、気泡８４を含む電解液８０の滞留時間を長くしている。これにより、気泡８４が電解液８０中に更に溶解する。また、電解液供給源９４から貯留タンク１８に供給された電解液８０に溶存している窒素が、気泡８４が電解液８０に溶解することにより、シャルルの法則に基づいて排出される。従って、電極１６が生成した酸素による気泡８４の分圧だけ、電解液８０中の溶存酸素濃度が高くなる。
排気された窒素と電解液８０に溶存しなかった酸素は、電解液８０から分離して、貯留タンク１８の上部の気層８６となる。バルブ２８は、電解液８０の循環圧力が大気圧以上に維持するように、排気量を調整しつつ当該気層８６の一部を排出する。
バルブ２６は、電解液８０の循環圧力が大気圧以上を維持するように、排出量を調整しつつ、過酸化水素水の濃度が高くなった電解液８０を過酸化水素水８８として、外部へ排出する。
ここで、陰極として機能する電極１４では、副反応として、電解液８０に溶解しているカルシウム等の無機イオンが次の第３反応によって副生成されて、電極１４の劣化の原因となる。
（陰極） Ｃａ２＋＋２ｅ−→Ｃａ ・・・（第３反応）
過酸化水素生成装置１０では、電極１４と電極１６とを同じ材料及び同じ形状にした場合、定期的に電極１４と電極１６の極性を反転させることができる。即ち、電極１６が直流電源９０の負極に接続され、電極１４が直流電源９０の正極に接続される。これにより、電極１６が陰極となり、電極１４が陽極となる。過酸化水素生成装置１０は、第４反応に示すように、陰極として機能していた電極１４上に析出していたカルシウム等の無機イオンを電解液８０に溶解させて、当該電解液８０とともに外部へと排出する。この後、陽極として機能する電極１４は第２反応を進めて酸素を発生させ、陰極として機能する電極１６は第１反応を起こす。これにより、過酸化水素生成装置１０は、陰極から陽極に反転させた電極１４を再生して寿命を延ばしつつ、上述の反応を進めることができる。
（陽極：極性反転直後） Ｃａ→Ｃａ２＋＋２ｅ− ・・・（第４反応）
（陰極） Ｃａ２＋＋２ｅ−→Ｃａ ・・・（第３反応）
過酸化水素生成装置１０では、電極１４と電極１６とを同じ材料及び同じ形状にした場合、定期的に電極１４と電極１６の極性を反転させることができる。即ち、電極１６が直流電源９０の負極に接続され、電極１４が直流電源９０の正極に接続される。これにより、電極１６が陰極となり、電極１４が陽極となる。過酸化水素生成装置１０は、第４反応に示すように、陰極として機能していた電極１４上に析出していたカルシウム等の無機イオンを電解液８０に溶解させて、当該電解液８０とともに外部へと排出する。この後、陽極として機能する電極１４は第２反応を進めて酸素を発生させ、陰極として機能する電極１６は第１反応を起こす。これにより、過酸化水素生成装置１０は、陰極から陽極に反転させた電極１４を再生して寿命を延ばしつつ、上述の反応を進めることができる。
（陽極：極性反転直後） Ｃａ→Ｃａ２＋＋２ｅ− ・・・（第４反応）
上述したように、第１実施形態の過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２から貯留タンク１８へと電解液８０を流す配管３０及び配管３４を有する。これにより、過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２内で電極１４、１６によって電気分解され、酸素の気泡８４を多く含む電解液８０を、電解槽１２から貯留タンク１８へと流して循環させることにより、貯留タンク１８内の電解液８０の溶存酸素濃度を高めることができる。過酸化水素生成装置１０は、溶存酸素濃度が高い電解液８０を電解槽１２へと供給することができるので、第１反応を右へと進めることができ、過酸化水素の濃度を高めることができる。例えば、過酸化水素生成装置１０は、数１０ｐｐｍから数１００ｐｐｍ濃度の過酸化水素水８８を生成することができる。
過酸化水素生成装置１０は、貯留タンク１８を有する。これにより、過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２から流れた電解液８０を貯留タンク１８に貯留して、電解液８０内に酸素の気泡８４を溶解させて、溶存酸素濃度を高めることができる。この結果、過酸化水素生成装置１０は、第１反応を右へと進めて、より高濃度の過酸化水素水８８を生成することができる。
過酸化水素生成装置１０は、循環ポンプ２２を有するので、配管３８を流れる電解液８０の圧力を大気圧以上に維持することができるので、電解液８０内の溶存酸素濃度を高めることができる。
過酸化水素生成装置１０は、貯留タンク１８の上部に接続された配管４０及びバルブ２８を有する。これにより、過酸化水素生成装置１０は、貯留タンク１８に貯留された電解液８０に作用する圧力を大気圧以上に維持しつつ、配管４０及びバルブ２８によって、貯留タンク１８の上部の気層８６を排気できるので、電解液８０内の溶存酸素濃度を高めることができる。
過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２の上部に接続された配管３０、３２及びバルブ２６を有する。これにより、過酸化水素生成装置１０は、電解槽１２の電解液８０に作用する圧力を大気圧以上に維持しつつ、配管３０、３２及びバルブ２６によって、電解槽１２の電解液８０（または過酸化水素水８８）を排出できる。
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態にかかる過酸化水素生成装置１１０の全体構成図である。過酸化水素生成装置１１０は、電解槽１２と、電極１４と、電極１６と、気液分離タンク１１８と、原水ポンプ１２０と、コンプレッサー１２２と、バルブ１２６、１２８と、配管１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０と、散気管１４２とを備えている。配管１３０、配管１３４及び配管１３８が、循環配管の一例である。
図２は、第２実施形態にかかる過酸化水素生成装置１１０の全体構成図である。過酸化水素生成装置１１０は、電解槽１２と、電極１４と、電極１６と、気液分離タンク１１８と、原水ポンプ１２０と、コンプレッサー１２２と、バルブ１２６、１２８と、配管１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０と、散気管１４２とを備えている。配管１３０、配管１３４及び配管１３８が、循環配管の一例である。
配管１３２は、気液分離タンク１１８の下部と外部の収容部９２とを接続する。バルブ１２６は、配管１３２の途中部に設けられている。配管１３２は、電気分解された電解液８０を過酸化水素水８８として、電解槽１２の上部から収容部９２へ排出する。ここで、バルブ１２６は、排出される電解液８０の圧力が大気圧以上となるように、過酸化水素水８８の排出量を調整する。
配管１３４は、電解槽１２の上部と気液分離タンク１１８とを接続する。配管１３４は、電極１６及び電極１４によって電解されて酸素の気泡８４を含む電解液８０を、電解槽１２の上部から気液分離タンク１１８へ流す。
気液分離タンク１１８は、配管１３８と配管１３４との間、循環配管の途中部に設けられている。気液分離タンク１１８は、電解槽１２で電気分解された電解液８０を酸素の気泡８４とともに、収容する。気液分離タンク１１８は、過酸化水素水８８として排出される液相１８０と、電解槽１２の電極１６で発生した酸素を含む気層１８６とに、電解液８０を気液分離する。
配管１３０は、気液分離タンク１１８の上部と接続されている。配管１４０は、配管１３０の途中部に接続されている。即ち、配管１４０は、分岐配管の一例であって、循環配管の一部である配管１３０から分岐している。配管１４０は、外部と接続され、気液分離タンク１１８の気層１８６を排気する。バルブ１２８は、配管１４０の途中部に設けられている。配管１３０及び配管１４０は、気液分離された気層１８６の一部を、気液分離タンク１１８の上部から排出する。ここで、バルブ１２８は、電解液８０の循環圧力を大気圧以上に維持するように、気層１８６の排気量を調整する。
配管１３６は、電解槽１２と外部の電解液供給源９４とを接続する。原水ポンプ１２０は、配管１３６の途中部に設けられている。原水ポンプ１２０は、供給部の一例であって、配管１３６を介して、電解液供給源９４から気液分離タンク１１８に電解液８０を直接供給する。原水ポンプ１２０は、原水ポンプ１２０は、電解液８０を大気圧以上の圧力で電解槽１２へ供給することが好ましい。
配管１３０及び配管１３０の途中部に接続された配管１３８は、気液分離タンク１１８の上部と電解槽１２とを接続する。配管１３８は、散気管１４２よりも下方で、電解槽１２の下部と接続される。配管１３０及び配管１３８は、気液分離タンク１１８の上部の気層１８６を、電解槽１２へと流す。
コンプレッサー１２２は、循環部材の一例であって、循環配管の一部である配管１３８の途中部に設けられている。コンプレッサー１２２は、配管１３０及び配管１３８を流れる気液分離タンク１１８の酸素を含む気層１８６のガスを加圧して、気液分離タンク１１８から電解槽１２へと流す。
散気管１４２は、例えば、球状、板状及び他の形状の散気装置である。散気管１４２は、電解槽１２の下部に設けられている。散気管１４２は、配管１３４、１３０、１３８及び気液分離タンク１１８を介して、電解槽１２へ流れる酸素を含む気層１８６の気体を、電解槽１２内に分散させて気泡８４として散気する。
第２実施形態の過酸化水素生成装置１１０では、電極１６で生成された酸素を含み、気液分離タンク１１８で気液分離された酸素リッチの気層１８６のガスを、コンプレッサー１２２で電解槽１２へと送っている。これにより、過酸化水素生成装置１１０は、電解槽１２の電解液８０中の溶存酸素濃度を高めて、第１反応を右へ進めて、濃度の高い過酸化水素水８８を生成できる。
特に、電解槽１２と電極１４及び電極１６とが十分に大きい過酸化水素生成装置１１０では、電解槽１２において十分に酸素の多い気泡８４を生成して、電極１４と酸素の気泡８４との接触時間を長くして、酸素濃度の高い気泡８４を電解液８０中に溶解させることができる。このような過酸化水素生成装置１１０では、上述したように気液分離タンク１１８の酸素の気泡８４を含むガスを、電解槽１２に送るだけでも、十分に濃度の高い、例えば、数１０ｐｐｍから数１００ｐｐｍの過酸化水素水８８を生成できる。
更に、過酸化水素生成装置１１０は、ガスとして電解槽１２に供給される酸素を気泡８４として電解槽１２内に散気する散気管１４２を有する。これにより、過酸化水素生成装置１１０は、気泡８４と電極１４との接触をより高めることができるので、過酸化水素水８８の濃度をより向上させることができる。
バルブ１２８が、配管１３０及び配管１４０を介して、排気量及び圧力を調整しつつ、気層１８６のガスを排気しているので、外部の電解液供給源９４から電解槽１２に供給された電解液８０中の大気接触の化学平衡による溶存窒素を、気液分離タンク１１８の気層１８６中から容易に排気できる。これにより、過酸化水素生成装置１１０は、第１実施形態の過酸化水素生成装置１０と同様に、化学平衡によって第１反応を右へとより進めることができ、生成する過酸化水素水の濃度を向上させることができる。
第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態の効果とほぼ同様である。
次に、上述した実施形態の効果を証明するための実験について説明する。
図３は、第１比較例にかかる過酸化水素生成装置２１０の全体構成図である。図４は、第２比較例にかかる過酸化水素生成装置３１０の全体構成図である。まず、実施形態と比較した第１比較例の過酸化水素生成装置２１０及び第２比較例の過酸化水素生成装置３１０について説明する。
第１比較例の過酸化水素生成装置２１０では、電解液２８０が、配管２３６を介して、原水ポンプ２２０により外部から電解槽２１２に供給される。電極２１４は、直流電源２９０の負極と接続されて、陰極として機能する。電極２１６は、直流電源２９０の正極と接続されて、陽極として機能する。電極２１４、２１６は、直流電源２９０から電圧が印加されると、電解液２８０を電気分解する。過酸化水素水２８８は、電極２１６で生成された酸素とともに、配管２３２を介して、外部へ排出される。このように、酸素が、過酸化水素水２８８と一緒に排出されるので、電極２１４は、酸素と十分な接触時間を得ることができない。また、供給された電解液２８０の大気接触の化学平衡及び空気の酸素分圧により、過酸化水素生成装置２１０は、第１化学反応を化学平衡的に右へ進めて、過酸化水素水２８８の濃度を高めることができない。
また、陽極として機能する電極２１６をＳＵＳ等の安価な材料で構成した場合、電極２１６の表面が平坦になり、電極面積が小さくなり、過酸化水素水を発生させる活性が低くなる。このため、電極２１４、２１６の極性を反転させて、カルシウム等を析出させて除去することによって、過酸化水素水の濃度を高めることができない。
第２比較例の過酸化水素生成装置３１０は、電解槽２１２の下部に設けられた散気管３４２と、酸素の供給源と接続された配管３３８と、配管３３８の途中部に設けられたコンプレッサー３２２とを更に有する。
過酸化水素生成装置３１０では、配管２３６を介して、コンプレッサー３２２により酸素が、散気管３４２よりも下方で、電解槽２１２に供給される。これにより、過酸化水素生成装置３１０は、過酸化水素生成装置２１０に比べれば、電解槽２１２内の電解液２８０の溶存酸素濃度を上げることができる。しかしながら、過酸化水素生成装置３１０では、外部から供給された電解液２８０に溶解できなかった酸素及び電極２１６で生成された酸素は、過酸化水素水２８８とともに、排出される。従って、過酸化水素生成装置３１０は、十分に酸素を有効利用できないにも関わらず、酸素を供給するための酸素発生装置または酸素ボンベ等の酸素供給装置を設置するために、コストが増大する。
上述の第１実施形態の過酸化水素生成装置１０を第１実施例として、第２実施形態の過酸化水素生成装置１１０を第２実施例とする。
実験の条件は、以下のとおりである。
電極に印加される直流電源の電圧：１０Ｖ
電極に流れる電流：１００ｍＡ
通電時間：６０分
電解液：水道水
実験の条件は、以下のとおりである。
電極に印加される直流電源の電圧：１０Ｖ
電極に流れる電流：１００ｍＡ
通電時間：６０分
電解液：水道水
第１比較例及び第２比較例の陽極として機能する電極２１６は、Ｐｔ（白金）板とした。第１実施例及び第２実施例の陽極として機能する電極１６は、カーボン電極とした。陰極として機能する電極１４、２１４は、カーボン電極とした。電極１４、１６、２１４、２１６のサイズは、２ｃｍ×４ｃｍとした。電極１４と電極１６との間隔、及び、電極２１４と電極２１６との間隔は、１０ｍｍとした。
これらの条件に基づいて実験した結果、生成された過酸化水素水の濃度をヨウ化カリウム法によるパックテストを用いて測定した。図５は、実施例及び比較例による過酸化水素水の生成濃度の実験結果である。
図５に示すように、酸素を供給していない第１実施例及び第１比較例を比較した場合、第１実施例の方が、第１比較例に比べて、高濃度の過酸化水素水を生成できることが分かる。また、酸素を供給して散気した第２実施例及び第２比較例を比較した場合、第２実施例の方が、第２比較例に比べて、高濃度の過酸化水素水を生成できることが分かる。特に、酸素を供給した場合の方が、生成された過酸化水素水の濃度の差が大きいことが分かる。
また、図５から、電極１４、１６をともにカーボン電極とした第１実施例及び第２実施例の方が、電極２１６をＰｔ電極として、電極２１４をカーボン電極とした第１比較例及び第２比較例より、高濃度の過酸化水素水を生成できることが分かる。
更に、直流電流を４００ｍＡとして、直流電流以外の条件を上述の条件とした場合、酸素を散気して、電極１４、１６をともにカーボン電極とした第２実施例の場合、４倍以上の過酸化水素水の濃度を達成できた。一方、酸素を散気しない第１実施例の場合、直流電流を４００ｍＡとしても、過酸化水素水の濃度は大きく変化しなかった。
上述した各実施形態の構成の形状、個数、配置、接続関係等は適宜変更してよい。また、各実施形態を組み合わせてもよい。
例えば、上述の第１実施形態に、第２実施形態の散気管１４２を設けてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０、１１０…過酸化水素生成装置、１２…電解槽、１４、１６…電極、１８…貯留タンク、２０…原水ポンプ、２２…循環ポンプ、２６、２８…バルブ、３０〜４０…配管、８０…電解液、８４…気泡、８６…気層、８８…過酸化水素水、９０…直流電源、１１８…気液分離タンク、１２０…原水ポンプ、１２２…コンプレッサー、１２６…バルブ、１２８…バルブ、１３０〜１４０…配管、１４２…散気管、１８０…液相、１８６…気層。
Claims (11)
- 電解液を収容する電解槽と、
前記電解槽中に設けられ、前記電解液を電気分解する一対の電極と、
前記電解槽と接続され、前記電解槽中で電気分解された前記電解液から生成された酸素を、前記電解槽へと流す循環配管と、
を備える過酸化水素生成装置。 - 前記循環配管の途中部に設けられ、前記循環配管を流れる前記酸素を加圧して前記電解槽へ流す循環部材を備える請求項１に記載の過酸化水素生成装置。
- 前記循環配管の途中部に設けられ、前記酸素とともに流される前記電解液を貯留する貯留部を備える請求項１または２に記載の過酸化水素生成装置。
- 前記貯留部の上部に接続された排気配管と、
前記排気配管の途中部に設けられたバルブと、
を備える請求項３に記載の過酸化水素生成装置。 - 前記循環配管の途中部に設けられ、電気分解された前記電解液を前記酸素とともに収容して、前記酸素を含む気層と液相とに分離する気液分離部と、
前記循環配管の途中部に設けられ、前記酸素を含む前記気層を加圧して前記電解槽へ流す循環部材と、
を備える請求項１に記載の過酸化水素生成装置。 - 前記循環配管の途中部から分岐して、前記気液分離部の前記気層を排気する分岐配管と、
前記分岐配管の途中部に設けられたバルブと、
を備える請求項５に記載の過酸化水素生成装置。 - 前記電解槽へ大気圧以上の圧力で前記電解液を供給する供給部を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の過酸化水素生成装置。
- 電気分解された前記電解液を排出する排出配管と、
前記排出配管の途中部に設けられ、排出される前記電解液の圧力を調整する圧力調整部と、
を備える請求項１から７のいずれか１項に記載の過酸化水素生成装置。 - 前記一対の電極は、カーボンを含み、同じ形状である請求項１から８のいずれか１項に記載の過酸化水素生成装置。
- 前記一対の電極は、極性を反転可能に直流電源と接続されている請求項１から９のいずれか１項に記載の過酸化水素生成装置。
- 前記循環配管を介して前記電解槽へと流れる前記酸素を散気させる散気部材を備える請求項１から１０のいずれか１項に記載の過酸化水素生成装置。
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